專利名稱：具有基于恒定方差的加權(quán)因子的迭代重建算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下文總體涉及成像，并且更具體而言，涉及使用迭代統(tǒng)計重建算法的斷層攝影重建，所述迭代統(tǒng)計重建算法包括具有基于恒定方差的加權(quán)因子的圖像體素更新項。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的CT掃描器包括發(fā)射輻射的X射線管。源準(zhǔn)直器設(shè)置于X射線管和檢查區(qū)域之間并且準(zhǔn)直發(fā)射的輻射以產(chǎn)生扇形或錐形的X射線束。準(zhǔn)直射束穿過檢查區(qū)域和其中的對象或受檢者(這根據(jù)對象或受檢者的放射密度衰減射束)并且輻照從X射線管跨過檢查區(qū)域設(shè)置的探測器陣列。探測器產(chǎn)生指示所探測輻射的投影數(shù)據(jù)。重建器重建投影數(shù)據(jù)，從而生成指示對象或受檢者的體積圖像數(shù)據(jù)。重建算法包括諸如濾波反向投影(FBP)的非迭代重建算法和諸如基于代數(shù)和統(tǒng)計的重建算法的迭代重建算法。統(tǒng)計迭代重建算法已通過形成描述重建圖像屬于測量的投影數(shù)據(jù)的可能性的方程，將噪聲模型并入。這種方程用作針對迭代最大化方法的目標(biāo)函數(shù)，并且最大化的結(jié)果是“最可能”產(chǎn)生測量的投影數(shù)據(jù)的對象的圖像。能夠通過估計所有投影中所有測量結(jié)果的方差以及通過以對應(yīng)方差的倒數(shù)加權(quán)針對一個體素的測量結(jié)果的更新貢獻(xiàn)來并入噪聲模型。如果使用具有交疊基函數(shù)的重建網(wǎng)格(例如斑塊)和/或如果重建網(wǎng)格是粗糙的，每次投影的多個射線就會和體素或斑塊相交，并且來自每次投影的相鄰探測器像素的多個測量結(jié)果對體素或斑塊的更新做出貢獻(xiàn)。這些測量結(jié)果中的每一個都有獨(dú)立的方差，如果具有顯著不同的X射線衰減的兩種材料(例如骨和軟組織，或軟 組織和空氣)之間的邊緣被投影到探測器上，這些獨(dú)立的方差會顯著不同于彼此。由于更新的方差加權(quán)，低方差的測量結(jié)果(遭遇低衰減的那些)比高方差的測量結(jié)果(遭遇高衰減的那些)對更新有更多的影響。遺憾的是，這可能導(dǎo)致更新中的系統(tǒng)誤差并且，因此，將條狀偽影引入圖像中。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的各方面解決了上述問題和其他問題。根據(jù)一個方面，一種方法包括使用迭代統(tǒng)計重建算法重建測量的投影數(shù)據(jù)，所述迭代統(tǒng)計重建算法減少或減輕由所述測量的投影數(shù)據(jù)的投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述測量的投影數(shù)據(jù)用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。根據(jù)另一方面，一種重建器包括處理器，所述處理器使用迭代統(tǒng)計重建算法重建測量的投影數(shù)據(jù)，所述迭代統(tǒng)計重建算法減少或減輕由投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述投影用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。根據(jù)另一方面，一種編碼有計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可執(zhí)行指令當(dāng)由計算機(jī)的處理器執(zhí)行時令所述處理器:使用迭代統(tǒng)計重建算法減少由投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述投影用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。
本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置，以及各種步驟和步驟安排的形式。附圖僅用于圖示說明優(yōu)選實(shí)施例，不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明。


圖1圖示了具有重建器的范例成像系統(tǒng)，所述重建器被配置為采用具有更新項的迭代統(tǒng)計重建算法，所述更新項具有針對所述圖像的每個體素的每個投影都是恒定的基于方差的加權(quán)因子。圖2圖示了與適當(dāng)?shù)牡y(tǒng)計重建算法結(jié)合的重建器的例子。圖3圖示了用于采用所述迭代統(tǒng)計重建算法的范例方法。圖4圖示了使用所述迭代統(tǒng)計重建算法的用例場景。
具體實(shí)施例方式圖1圖示了成像系統(tǒng)100，諸如計算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器。成像系統(tǒng)100包括固定機(jī)架102和旋轉(zhuǎn)機(jī)架104，旋轉(zhuǎn)機(jī)架104可旋轉(zhuǎn)地由固定機(jī)架102支撐。旋轉(zhuǎn)機(jī)架104繞著檢查區(qū)域106關(guān)于縱軸或z軸旋轉(zhuǎn)。支撐物108，諸如躺椅，將受檢者支撐在檢查區(qū)域106中，并且能夠用于在掃描前、掃描過程中和/或掃描后相對于x、y和/或z軸定位受檢 者。輻射源110，諸如X射線管，由旋轉(zhuǎn)機(jī)架104支撐并隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)架104繞檢查區(qū)域106旋轉(zhuǎn)，并且發(fā)射穿過檢查區(qū)域106的輻射。源準(zhǔn)直器112準(zhǔn)直發(fā)射的輻射以產(chǎn)生穿過檢查區(qū)域106的通常為扇形、楔形或錐形的輻射束。跨過檢查區(qū)域106與輻射源110相對定位的輻射敏感探測器陣列114包括多個探測器像素，所述多個探測器像素探測穿過檢查區(qū)域106的輻射并生成指示檢查區(qū)域106的投影數(shù)據(jù)。重建器116重建所述投影數(shù)據(jù)并生成指示檢查區(qū)域106的體積圖像數(shù)據(jù)。圖示的重建器116被配置為至少使用迭代重建算法。通常，針對迭代重建算法，前向投影初始圖像(即，體素)以產(chǎn)生估計的投影數(shù)據(jù)，將所述估計的投影數(shù)據(jù)與所述測量的投影數(shù)據(jù)比較，并且如果所述估計的投影數(shù)據(jù)和所述測量的投影數(shù)據(jù)之間的差不能滿足預(yù)定的終止條件，就更新所述初始圖像。使用所述更新的圖像重復(fù)以上操作直到滿足所述終止條件。適當(dāng)?shù)牡y(tǒng)計重建算法并入了噪聲模型。如下文更詳細(xì)描述的，在所圖示的實(shí)施例中，迭代統(tǒng)計重建算法并入了具有基于方差的加權(quán)函數(shù)的體素更新項，對于所述圖像的一個或多個體素，所述基于方差的加權(quán)函數(shù)針對體素的每個投影都是恒定的。照此，減少或減輕通過使用這樣的基于方差的加權(quán)函數(shù)而引入的條狀偽影:所述基于方差的加權(quán)函數(shù)針對體素的每個投影都不同從而使不同投影對體素更新有不同程度的貢獻(xiàn)。所述迭代重建算法可以基于期望最大化(EM)、最大似然(ML)和/或其他迭代重建算法。圖像處理器118處理所述體積圖像數(shù)據(jù)并生成指示所探測輻射的一個或多個圖像。顯示器120用于呈現(xiàn)所述一個或多個圖像。通用計算系統(tǒng)作為操作者控制臺122，并且包括諸如顯示器的輸出裝置和諸如鍵盤、鼠標(biāo)等的輸入裝置。常存在控制臺122上的軟件允許操作者控制系統(tǒng)100的運(yùn)行，例如，允許操作者選擇采用迭代統(tǒng)計算法的協(xié)議，允許操作者識別針對所述迭代統(tǒng)計算法的噪聲模型，允許操作者識別針對所述迭代統(tǒng)計算法的加權(quán)因子，允許操作者啟動掃描等。
圖2圖示了重建器116的范例。圖示的重建器116包括前向投影器202，前向投影器202前向投影初始圖像以生成估計的投影數(shù)據(jù)。比較器204將所述估計的投影數(shù)據(jù)與所述測量的投影數(shù)據(jù)相比較。所述估計的投影數(shù)據(jù)和所述測量的投影數(shù)據(jù)之間的差用于更新前向投影圖像(經(jīng)由反向投影器208)，并且根據(jù)預(yù)定的終止標(biāo)準(zhǔn)206，所述更新用作針對所述前向投影器的輸入或用作最終圖像。反向投影器208反向投影所述差以基于迭代統(tǒng)計重建算法生成更新圖像。終止標(biāo)準(zhǔn)206可以基于所述前向投影數(shù)據(jù)和所述測量的投影數(shù)據(jù)的接近度、迭代的次數(shù)、和/或其它終止標(biāo)準(zhǔn)。體素更新器210基于反向投影的更新圖像和迭代統(tǒng)計重建算法214更新所述圖像。當(dāng)比較器204確定所述比較滿足預(yù)定終止標(biāo)準(zhǔn)206，則所述圖像用作最終圖像。當(dāng)比較器204確定所述比較不滿足預(yù)定終止標(biāo)準(zhǔn)206，則經(jīng)由反向投影器208，以所述更新圖像的新的前向投影繼續(xù)該迭代過程，如本文描述的。在所圖示的實(shí)施例中，重建算法存儲設(shè)備212存儲一個或多個基于迭代統(tǒng)計的重建算法214。適當(dāng)算法的例子包括具有更新項的迭代統(tǒng)計重建算法，所述更新項具有基于方差的加權(quán)因子。在方程I中示出了這種迭代統(tǒng)計重建算法(其基于在測量的數(shù)據(jù)中高斯噪聲的假設(shè))的例子:方程1:
權(quán)利要求
1.一種方法，包括: 使用迭代統(tǒng)計重建算法重建測量的投影數(shù)據(jù)，所述迭代統(tǒng)計重建算法減少或減輕由所述測量的投影數(shù)據(jù)的投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述測量的投影數(shù)據(jù)用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述迭代統(tǒng)計重建算法包括具有基于方差的加權(quán)因子的更新項。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，針對給定體素的所述基于方差的加權(quán)因子在針對預(yù)定數(shù)量的測量結(jié)果的投影之內(nèi)是恒定的，所述預(yù)定數(shù)量的測量結(jié)果對所述體素的更新有貢獻(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2到3中任一項所述的方法，其中，所述基于方差的加權(quán)因子是用于更新所述圖像的所述體素的一個投影之內(nèi)的測量結(jié)果的平均方差。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到3中任一項所述的方法，其中，所述基于方差的加權(quán)因子是所述方差的倒數(shù)的平均值的倒數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到3中任一項所述的方法，其中，所述基于方差的加權(quán)因子是用于更新所述圖像的所述體素的一個投影之內(nèi)的測量結(jié)果的平均標(biāo)準(zhǔn)差的平方。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到3中任一項所述的方法，其中，所述基于方差的加權(quán)因子是標(biāo)準(zhǔn)差倒數(shù)的平均值的倒數(shù)的平方。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7中任一項所述的方法，其中，使用系統(tǒng)矩陣元對所述平均加權(quán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的方法，其中，投影之內(nèi)的射線的第一子集穿過空氣或較低衰減材料，并且所述投影之內(nèi)的所述射線的第二子集穿過較高衰減材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括: 確定所述第一子集的第一方差；并且 確定所述第二子集的第二方差，其中，所述第一方差和所述第二方差是不同的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一方差低于所述第二方差。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項所述的方法，還包括: 前向投影初始圖像，產(chǎn)生估計的投影數(shù)據(jù)； 將所述估計的投影數(shù)據(jù)與所述測量的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行比較； 響應(yīng)于所述比較不滿足預(yù)定的終止標(biāo)準(zhǔn)而更新所述圖像的對應(yīng)體素；并且 響應(yīng)于所述比較滿足所述預(yù)定的終止標(biāo)準(zhǔn)而生成最終圖像。
13.—種重建器,包括: 處理器，其使用迭代統(tǒng)計重建算法重建測量的投影數(shù)據(jù)，所述迭代統(tǒng)計重建算法減少由投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述投影用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的重建器，其中，所述重建器采用迭代統(tǒng)計重建算法，所述迭代統(tǒng)計重建算法包括具有基于恒定的方差的加權(quán)因子的體素更新項，所述加權(quán)因子用于針對預(yù)定數(shù)量的測量結(jié)果的投影，所述預(yù)定數(shù)量的測量結(jié)果對所述體素的更新有貢獻(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的重建器，其中，所述體素更新項是:
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的重建器，其中，所述基于恒定的方差的加權(quán)因子為:
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的重建器，其中，所述基于方差的加權(quán)因子是下列中至少一個:用于更新所述圖像的所述體素的投影的平均方差、平均倒數(shù)方差的倒數(shù)、用于更新所述圖像的所述體素的投影的平均標(biāo)準(zhǔn)差的平方、平均倒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的倒數(shù)的平方、使用系統(tǒng)矩陣元的加權(quán)平均值，或者是它們中的一個或多個的加權(quán)組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求13到17中任一項所述的重建器，其中，投影之內(nèi)的射線的第一子集穿過空氣或較低衰減材料，并且投影之內(nèi)的射線的第二子集穿過較高衰減材料，其中，所述第一子集的第一方差低于所述第二子集的第二方差。
19.根據(jù)權(quán)利要求13到18中任一項所述的重建器，其中，所述處理器前向投影初始圖像，產(chǎn)生估計的投影數(shù)據(jù)；將所述估計的投影數(shù)據(jù)與所述測量的投影比較，響應(yīng)于所述比較不滿足預(yù)定的終止標(biāo)準(zhǔn)而更新對應(yīng)的體素，并且響應(yīng)于所述比較滿足所述預(yù)定的終止標(biāo)準(zhǔn)而生成最終圖像。
20.一種編碼有計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可執(zhí)行指令當(dāng)由計算機(jī)的處理器執(zhí)行時，令所述處理器: 使用迭代統(tǒng)計重建算法減少由投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述投影用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。
全文摘要
一種方法包括使用迭代統(tǒng)計重建算法重建測量的投影數(shù)據(jù)，所述迭代統(tǒng)計重建算法減少由所述測量的投影數(shù)據(jù)的投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述投影數(shù)據(jù)用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。一種重建器包括處理器，所述處理器使用迭代統(tǒng)計重建算法重建測量的投影數(shù)據(jù)，所述迭代統(tǒng)計重建算法減少或減輕由投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述投影用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。一種編寫有計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可執(zhí)行指令當(dāng)由計算機(jī)的處理器執(zhí)行時，令所述處理器使用迭代統(tǒng)計重建算法減少由投影中的方差的差異造成的圖像偽影，所述投影用于針對圖像的一個或多個體素更新所述圖像的體素。
文檔編號G06T11/00GK103229212SQ201180057215
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者B·J·布倫德爾, T·克勒, H·施米特, R·D·比普斯, R·普羅克紹 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司